Kokie yra integrinių grandynų naudojimo būdai?

Integrinių grandynų naudojimas 2011 m. buvo labai plačiai paplitęs dėl unikalių pranašumų, kuriuos jie siūlo, palyginti su tradicinėmis elektroninėmis grandinėmis. Jų yra kiekviename elektroniniame įrenginyje, turinčiame tam tikro tipo mikroprocesorių valdymą, nuo mobiliųjų telefonų ir nešiojamų muzikos grotuvų iki žaidimų sistemų, asmeninių kompiuterių ir kitų skaitmeninių įrenginių. Taip yra todėl, kad pagal šiuolaikinius 21-ojo amžiaus standartus integruota grandinė (IC) arba lustas yra itin sudėtingas įrenginys, į kelių kvadratinių centimetrų plotą ant silicio plokštelės sutalpinantis iki milijonų elektroninių komponentų, tokių kaip tranzistoriai, rezistoriai ir kondensatoriai. Tačiau, kai pirmieji modeliai buvo sukurti 1958 ir 1959 m., ankstyvieji integrinių grandynų naudojimo būdai buvo gana riboti, nes tais laikais tai buvo primityvūs įrenginiai, kuriuos buvo sunku masiškai gaminti.

Teksaso instrumentų (JAV) mokslininkas Jackas Kilby yra vienas pirmųjų žmonių, pastebėjusių galimą integrinių grandynų naudą ir panaudojimą. 2000 metais jam buvo įteikta Nobelio fizikos premija už indėlį kuriant elektroninę grandinę. Nors IC lusto koncepcija gali būti siejama su ankstesniais vokiečių inžinierių tyrimais, dar 1949 m., Kilby ir kitas JAV dirbantis mokslininkas Robertas Noyce’as buvo pirmieji, kurie pateikė šios idėjos patentus.

Didžiulis šuolis, kurį IC lustas suteikė elektroninių grandinių projektavimui, yra pagrįstas apribojimu, su kuriuo elektronikos gamintojai susidūrė šeštojo dešimtmečio pabaigoje. Tranzistorius pakeitė vakuuminius vamzdžius, tačiau pagrindiniai elektros komponentai grandinėms, pvz., tranzistoriai, kondensatoriai ir rezistoriai, galėjo būti pagaminti tik tokius mažus, nes juos laikyti pincetu ir lituoti ant plokštės darosi vis sunkiau, nes jie tapo vis mažesni ir mažesni. . Idėja išgraviruoti šių komponentų funkcionalumą į silicio plokštelę panaikino poreikį individualiai lituoti delninius komponentus, o integrinių grandynų naudojimas pradėjo sparčiai augti, kai gamybos metodai buvo tobulinami septintojo dešimtmečio viduryje.

Nors pačios pirmosios integrinės grandinės buvo vadinamos mažo masto integracinėmis (SSI) grandinėmis ir turėjo tik kelias dešimtis komponentų, jos buvo gyvybiškai svarbios tuo metu aviacijos ir kosmoso projektams, pavyzdžiui, JAV branduolinės raketų sistemos Minuteman valdikliai ir naudojami skaitmeniniai kompiuteriai. pagal JAV Apollo Moon misijos programą. Šis panaudojimas, taip pat JAV karinio jūrų laivyno poreikiai, sudarė didžiąją dalį ankstyvos integrinių grandynų paklausos 1962 m. Iki 1968 m. integrinių grandynų naudojimas pradėjo plisti į buitinę elektroniką, o jų gebėjimas apdoroti dažnio moduliuotą (FM) ) garsas televizoriuose.

Kadangi komponentų, kuriuos galima įdėti į lustą, skaičius buvo padidintas, integriniai grandynai tapo daug plačiau naudojami. Vidutinio masto integravimo (MSI) lustų modeliuose iki septintojo dešimtmečio pabaigos buvo šimtai komponentų, o didelio masto integracija (LSI) po penkerių metų viename luste galėjo sudėti kelis tūkstančius komponentų. Iš ten komponentų skaičius, kurį galima supakuoti į kelių kvadratinių centimetrų plotą, išaugo eksponentiškai. Labai didelio masto integravimas (VLSI), leidžiantis šimtus tūkstančių prijungtų komponentų devintojo dešimtmečio pradžioje, o trimačių integrinių grandynų (1960D-IC) dizainas nuo 1980 m. leidžia į tinklą sujungti milijonus ar milijardus komponentų. kuris yra sujungtas tiek horizontaliai, tiek vertikaliai ant kelių puslaidininkinės plokštelės sluoksnių.

Nuo 2011 m. dėl daugybės valdymo ir matematinio apdorojimo funkcijų, kurias gali atlikti integrinis grandynas, jie tapo visur esančiais įrenginiais daugumoje buitinės elektronikos – nuo ​​radijo ir televizorių iki skaičiuotuvų ir skaitmeninių laikrodžių. Integriniai grandynai plačiai naudojami pramonės įmonėse ir robotikoje, taip pat automobilių ir orlaivių sistemų valdymui. Kadangi jie tampa vis sudėtingesni ir nebrangūs gaminti, jų taip pat galima rasti vienkartiniuose daiktuose, pavyzdžiui, sveikinimo atvirukuose, kuriuose groja muzika. Radijo dažnio identifikavimo (RFID) žymos ant vienkartinių plataus vartojimo prekių pakuočių, kurias mažmeninės prekybos parduotuvės naudoja atsargoms sekti, taip pat yra įprasta IC lustų vieta, o RFID žymos taip pat pridedamos prie kitų produktų, pvz., pasų ir kredito kortelių.